一种纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统技术方案

本发明专利技术提供一种纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统，通过在火焰腔的顶部设置多个组合燃烧器和雾化器组合，每个雾化器之间相互独立，实现了前驱物溶液的单独配置、雾化和纳米颗粒的火焰合成，避免了混合前驱物溶液时不同金属离子溶解度的相互影响造成的掺杂比例不易控制，以及容易出现雾化器堵塞的问题。多个组合燃烧器和雾化器的设置，还能在单一纳米颗粒的生产中有效提高产能；同时圆台过滤网和圆锥过滤网及螺旋刮刀的设置能够有效提高纳米颗粒的收集率。本发明专利技术的生产系统再实现掺杂型纳米颗粒比例有效可控、不同纳米颗粒混合均匀的前提下，简化了生产工艺，提高了生产效率和产能，降低了生产成本。降低了生产成本。降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统


[0001]本专利技术属于纳米材料合成
，具体涉及一种纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统。

技术介绍

[0002]现代纳米技术对医药、催化、电子、材料领域至关重要，纳米颗粒因其具有粒径小、比表面积大等特点在许多领域都具备独特的性能优势。目前纳米颗粒主要通过火焰合成法、化学气相沉积、溶胶凝胶法、液相沉淀法、水热法、等离子体喷射等方法合成。其中，火焰合成方法具有易实现规模化、无废液、纳米颗粒粒径小、易掺杂等优势。
[0003]公布号为CN103464064 A的专利文献“一种旋流滞止火焰合成纳米颗粒的系统及方法”，公开了一种火焰合成纳米颗粒的系统，其具有燃烧器结构及工艺简单，颗粒粒径均匀纯度高等特点。但该系统仅适用于单一种类前驱物和纳米颗粒的合成，且个体燃烧器的产能较小，限制了纳米颗粒的生产需求。
[0004]传统的掺杂型纳米颗粒的制备方法是分别制备相应的纳米颗粒，然后将不同的纳米颗粒按照掺杂比例进行混合。但是这种混合方式得到的掺杂型纳米颗粒的混合均匀度较差，不能达到使用的需求。
[0005]公布号为CN110465257 A的专利文献“一种纳米颗粒旋流火焰雾化掺杂合成系统及其合成方法”，其中公开的纳米颗粒旋流火焰雾化掺杂合成系统虽然可实现多种纳米颗粒的掺杂，但是需要在前驱液中配置对应的几种金属盐溶液，受到金属盐的溶解性以及相互之间化学性质的影响，浓度较大时，容易出现固体析出，堵塞雾化器；浓度小时单一雾化器产能较小，限制了产业化的推进。r/>[0006]公布号为CN107511123A的专利文献“一种基于多旋流强化混合的雾化火焰纳米颗粒合成系统”，该合成系统采用各种前驱液独立配置后进行雾化和燃烧的形式制备得到了掺杂型纳米颗粒。但是这种方式在雾化器出口仍然不可避免的存在几种前驱液的接触，容易在雾化器出口位置出现析出、结焦等现象，限制了装置的长期稳定运行。
[0007]随着火焰合成技术的进一步发展，火焰合成技术进入从实验室制备到工业应用的新阶段，需要对火焰合成装置的结构和参数做进一步调整优化。如何提高掺杂型纳米颗粒中不同纳米颗粒的混合均匀程度，同时又能提高纳米粉体颗粒物的合成产量，实现其在产量放大条件下的安全稳定灵活运行；如何实现火焰合成过程中设备运行的稳定性，避免合成过程中雾化器因固体析出或结焦引起的堵塞问题，在扩大产能的前提下实现不同纳米颗粒的均匀掺杂；如何优化纳米颗粒的收集装置，来实现整套工艺装置的稳定运行，并具有较高的收集率，都一直是火焰合成领域亟待解决的关键技术问题。

技术实现思路

[0008]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统，通过在一个火焰腔顶部设置多个组合燃烧器和雾化器，并将不同的前驱物
分别通入对应的雾化器内，能够实现多种前驱物的单独配置、雾化和燃烧后在火焰腔内混合，并在负压的作用下被过滤网收集，最后利用螺旋刮板旋转将纳米颗粒与滤网分离并收集。本专利技术的生产系统能够有效提高掺杂型纳米颗粒的混合均匀程度，同时提高了纳米颗粒的收集效率和收集率；当所有雾化器中通入的前驱物相同时，本专利技术的生产系统则可以用于纳米颗粒产能的扩大。
[0009]一种纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统，包括：
[0010]顶部设有盖板的管状火焰腔，所述火焰腔的底部设置出料口；所述盖板的中央设有电机，电机的输出端连接螺旋刮板；
[0011]设于所述盖板上的多个组合燃烧器，每个组合燃烧器的中心设有一个雾化器；以电机为中心，多个组合燃烧器以环形并联的形式均匀设置；
[0012]所述火焰腔的内部中段设有倒置的圆台过滤网，所述圆台过滤网的上下边缘分别与火焰腔的内壁连接；所述火焰腔对应圆台过滤网的侧壁上设有多个连接外部真空装置的负压抽气口；
[0013]所述圆台过滤网内同轴设有圆锥过滤网，所述圆锥过滤网的下端通过负压管道连接外部真空装置；所述圆台过滤网和圆锥过滤网共同限定出宽度由上至下逐渐减小的环形通道；
[0014]所述火焰腔内圆台过滤网的上方设置叶片导流环，所述叶片导流环包括与火焰腔同轴设置的中心圆环及沿所述中心圆环周向均匀分布的倾斜叶片；
[0015]所述螺旋刮板位于环形通道内，其内侧、外侧结构分别与圆锥过滤网、圆台过滤网相匹配，且所述螺旋刮板与圆锥过滤网和圆台过滤网之间分别存在间隙。
[0016]上述结构中，采用圆台过滤网和圆锥过滤网这种倾斜的过滤网面使火焰腔内形成向下收缩的环形气体通道，使气固混合物能够与过滤网充分接触，实现气固有效分离。负压抽气口和负压管道分别连接外部的真空装置，真空装置工作时，使圆台过滤网与火焰腔内壁之间以及圆锥过滤网内形成负压区，在过滤网两侧形成压力差，为过滤纳米颗粒提供推动力。
[0017]螺旋刮板与过滤网(圆台过滤网和圆锥过滤网)之间留有间隙能够使纳米颗粒在过滤网表面形成一个固定厚度的纳米颗粒过滤层，实现一种稳定的过滤压差环境，基于纳米颗粒层的作用，能够有效提高纳米颗粒的拦截效率，提高产品的收集率。真空装置可以是真空风机，也可以是其他能够抽真空的装置。
[0018]叶片导流环的设置能够避免组合燃烧器喷射的气流过于集中，并集中在组合燃烧器正下方与过滤网接触，使过滤网表面纳米颗粒床层厚度分布不均匀；倾斜设置的叶片能够对每个组合燃烧器垂直向下喷射的气流起到导流和混合的作用，并形成旋流气进入过滤网表面，提高掺杂纳米颗粒混合的均匀性，以及过滤网表面纳米颗粒床层厚度的均匀性。
[0019]本专利技术通过在火焰腔顶部设置多个相互独立的组合燃烧器和雾化器组合，可以实现不同前驱物的独立配制、雾化和燃烧，互不干扰；不同前驱物经燃烧合成的纳米颗粒与燃烧烟气形成高温纳米颗粒流(气固混合物)；不同高温纳米颗粒流在负压的驱动下在火焰腔中向下移动，在此过程中气固混合物经过叶片导流环形成旋流并在火焰腔横截面上均匀分布，同时实现不同纳米颗粒的充分混合，形成掺杂型纳米颗粒；经过圆台过滤网和圆锥过滤网时，纳米颗粒被拦截，气体则被抽出火焰腔；当过滤网上的纳米颗粒床层厚度超过螺旋刮
板与过滤网之前的间隙宽度时，超过厚度的纳米颗粒被电机驱动的螺旋刮板刮落，使床层厚度保持在固定厚度，保证系统内外压降适宜稳定，提高收集效率和收集率。由于各纳米颗粒独立合成，形成的掺杂型纳米颗粒中不同纳米颗粒的比例精准可控，且在火焰腔中能够实现充分混合，形成均匀分散的掺杂型纳米颗粒。
[0020]叶片导流环可以通过其中心圆环与火焰腔顶部连接进行固定或者通过每个叶片与火焰腔内壁连接进行固定。
[0021]圆锥过滤网可以通过与其连接的真空管道固定在火焰腔内。
[0022]作为优选，所述雾化器为双流体流道结构，中心为前驱物溶液通道，外部为雾化气通道；雾化器上设有与前述两个通道对应连通的前驱物溶液入口和雾化气入口。
[0023]作为优选，所述组合燃烧器设有3～10个。进一步优选为3～8个。
[0024]作为优选，雾化器通过内外螺本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统，其特征在于，包括：顶部设有盖板的管状火焰腔，所述火焰腔的底部设置出料口；所述盖板的中央设有电机，电机的输出端连接螺旋刮板；设于所述盖板上的多个组合燃烧器，每个组合燃烧器的中心设有一个雾化器；以电机为中心，多个组合燃烧器以环形并联的形式均匀设置；所述火焰腔的内部中段设有倒置的圆台过滤网，所述圆台过滤网的上下边缘分别与火焰腔的内壁连接；所述火焰腔对应圆台过滤网的侧壁上设有多个连接真空装置的负压抽气口；所述圆台过滤网内同轴设有圆锥过滤网，所述圆锥过滤网的下端通过负压管道连接外部真空装置；所述圆台过滤网和圆锥过滤网共同限定出宽度由上至下逐渐减小的环形通道；所述火焰腔内圆台过滤网的上方设置叶片导流环，所述叶片导流环包括与火焰腔同轴设置的中心圆环及沿所述中心圆环周向均匀分布的倾斜叶片；所述螺旋刮板位于环形通道内，其内侧、外侧结构分别与圆锥过滤网、圆台过滤网相匹配，且所述螺旋刮板与圆锥过滤网和圆台过滤网之间分别存在间隙。2.根据权利要求1所述的纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统，其特征在于，所述螺旋刮板在火焰腔内能升降。3.根据权利要求1所述的纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统，其特征在于，所述螺旋刮板与圆锥过滤网、圆台过滤网之间的间隙各自独立地选自5～20mm。4.根据权利要求1所述的纳米颗粒掺杂火焰合成与收集一体化生产系统，其特征在于，相邻两个组合燃烧器之间的距离、组合燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶连生，单国明，
申请(专利权)人：桐乡华创三同科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：